Захист сільських електричних установок від атмосферних перенапруг

Сільські електричні мережі наближаються за своїми показниками до мереж потужних споживачів електроенергії. Однак перші відрізняються від других меншою потужністю споживачів, значним числом споживачів другої і третьої категорій, вимогами до надійності електропостачання, широким примінением проводів невеликих перетинів і, отже, відносно невеликими струмами к. з. При великій довжині сільських ліній підвищується ймовірність атмосферних перенапруг у них, що є в грозовий сезон основною причиною аварійних відключень. От чому треба уважно підходити до захисту сільських ліній від грозових перенапруг, виконуючи її з максимальною економією, але не допускаючи надмірних спрощень.

Досить широко застосовують у сільських мережах дерево як матеріал для опор повітряних ліній. Його імпульсна електрична міцність 300...500 кВ/м.

Мінімальна відстань по дереву між гаками або штирями ізоляторів сусідніх фаз залежно від робочої напруги лінії вибирають, виходячи з наступних співвідношень:

Робоча напруга лінії, кВ 3 6...10 20 35

Відстань, м 0,5 1,0 2,0 3,0

Велике значення для безперебійності електропостачання при відключеннях через атмосферні перенапруги має автоматичне повторне включення, яке необхідно застосовувати на всіх лініях напругою 10...35 кВ.

Лінії напругою до 35 кВ і на дерев'яних опорах напругою 110кВ не рекомендується захищати тросовими блискавковідводами. Однак якщо в лінії на дерев'яних опорах є залізобетонні або металеві опори, наприклад на переходах через перешкоди, або кабельні підземні вставки, то рекомендується захищати їх трубчастими розрядниками, а при струмах к. з., недостатніх для їхнього спрацьовування, - повітряними іскровими проміжками.

Перетинання електричних ліній різних напруг і різного призначення, у тому числі зв'язку, слід робити можливо ближчим до більш високої опори лінії, щоб мати більші відстані між проводами. Якщо на лініях напругою 35 кВ і нижче ця відстань менше нормованого, то на опорах обох пересічних ліній потрібно встановлювати захисні іскрові проміжки з опором заземлення не більш 15 Ом, а на лініях напругою 110...220 кВ на дерев'яних опорах - трубчасті розрядники з тим же опором заземлення.

Трансформаторні пункти напругою 10/0,38 кВ блискавковідводами не захищають. Для захисту трансформаторів від хвиль перенапруги застосовують вентильні й трубчасті розрядники напругою 10 кВ.

Рис. 14.14. Вольт-секундные характеристики ізоляції й розрядників

Рис. 14.15. Схеми захисту від атмосферних перенапруг трансформаторних пунктів з вищою напругою 6...20 кВ: а... д-д - можливі варіанти

На рис. 14.14 наведені вольт-секундні характеристики ізоляції встаткування й розрядників. Крива 1 ставиться до ізоляції повітряної лінії електропередачі, 2 - до трубчастого розрядника, 3 - до ізоляції понижувального трансформатора, 4 - вентильного розрядника. Із кривих випливає, що трубчастий розрядник може захищати від пробою ізоляції тільки повітряну лінію, але не трансформатор. Із цією метою повинен бути застосований вентильний розрядник, вольт-секундна характеристика якого полога і йде нижче характеристики трансформатора.

На рис. 14.15 показані рекомендовані схеми захисту від атмосферних перенапруг трансформаторних пунктів. Для тупикових ТП (рис. 14.15, а) на введенні розміщають вентильні розрядники FV. На прохідних ТП (рис. 14.15, б) вентильні розрядники встановлюють на шинах напругою 10 кВ, крім того, на введенні з боку живлення для захисту розімкнутих роз'єднувачів поміщають трубчастий розрядник FV2.

Для більш відповідальних прохідних ТП потужністю від 630 кВА (рис. 14.15, в) додатково встановлюють на відстані 200...300 м трубчасті розрядники FV1.

Якщо ТП включений через кабельну вставку диною до 50 м (рис. 14.15, г), то розрядники FV1 розміщають так, щоб паралельно їх іскровим проміжкам були включені штирові ізолятори. Їхня ємність шунтує іскровий проміжок розрядника й зменшує його імпульсну пробивну напругу. Заземлення розрядника й оболонки кабелю з муфтою роблять загальним. До загального заземлення ТП також приєднують кабельну оболонку й броню. Якщо повітряна лінія виконана на дерев'яних опорах, то на відстані 200...300 м від кінця кабелю слід установити другий комплект трубчастих розрядників. Опори заземлень трубчастих розрядників повинні бути не більш 10 Ом.

При наявності декількох ліній з кабельними вставками трубчасті розрядники FV1 кріплять на кінці кабельної вставки, як на попередній схемі, і на початку розрядника FV2 кабельної вставки живильної лінії (рис. 14.15, д).

Трансформаторні підстанції з вищою напругою 35...110кВ і нижчою 10 кВ повинні бути захищені від прямих ударів блискавки. Виконання захисту від прямих ударів блискавки не потрібно для підстанцій напругою 20 і 35 кВ із трансформаторам одиничною потужністю 1600 кВА та менш незалежно від числа грозових годин у році й для всіх підстанцій у районах із числом грозових годин у році не більш 20.

Трансформаторні підстанції з вищою напругою 35...110 кВ захищають у такий спосіб.

Рис. 14.16. Схеми захисту від атмосферних перенанряжений підстанцій, що знову споруджуються, напругою 35 кВ: а й б – варіанти

При потужності трансформатора від 1600 кВА повітряні лінії вищої напруги повинні бути захищені тросами на підходах довжиною 1...6 км, якщо вони виконані на дерев'яних опорах (рис. 14.16, а). На початку захищеного тросом підходу на лінії установлюють трубчасті розрядники FV1 і FV3. На живильній лінії встановлюють також трубчасті розрядники FV2 на вводі лінії.

Ізоляцію устаткування підстанції захищають вентильними розрядниками FV4, які приєднують до контуру заземлення підстанції й установлюють не далі 10 м від трансформатора. До того ж контуру заземлення приєднують розрядники FV2.

Не потрібно захищати тросом підходи повітряних ліній напругою 35 кВ до двохтрансформаторної підстанції при потужності трансформатора до 1000 кВА, а також до однотрансформаторної підстанції при наявності резервного живлення з боку 10 кВ, якщо число грозових годин у році не більш 60. У цьому випадку (рис. 14.16, б) залізобетонні опори підходу повітряної лінії до підстанції на довжині не менш 0,5 км повинні мати заземлення з опором не більш 10 Ом при р= 100Омм, 150м при р = 100...500 Ом м і 20 Ом при р > 500 Ом м, а на лініях з дерев'яними опорами необхідно встановити трубчасті розрядники на першій опорі підходу з боку лінії. Опір заземлення повинний бути не більш 10 Ом.

Захист підстанцій напругою 35...110кВ потужністю до 40 MBА, що приєднуються до відгалужень довжиною менш 1...3 км діючих ліній, не захищених тросом по всій довжині, виконують по спрощених схемах (рис. 14.17, а). Опір заземлення трубчастих розрядників не повине перевищувати 10 Ом. При довжині заходу понад 500 м встановлювати трубчасті розрядники FV1 не потрібно. Вентильні розрядники розміщають на підстанції не далі 10 м від трансформатора. Лінійні роз'єднувачі в місця відгалуження кріплять на опорах, де розміщені трубчасті розрядники.

Такий же спрощений захист від атмосферних перенапруг мають підстанції, що живиться через короткі, до 500 м, заходи від діючих повітряних ліній (рис. 14.17, б).

Повітряні лінії напругою 0,38 кВ із заземлюючою нейтралю в містах і населених пунктах з високими будинками, підприємствами та димарями, що проходять по лісах і парках з високими деревами, екрановані цими об'єктами від атмосферних перенапруг, як наведених, так і викликаних прямими ударами блискавки. Тому вони в грозозахисті не мають потреби. У сільській місцевості при одно і двоповерховій забудові, проходженні ліній по відкритій місцевості ці об'єкти можуть вражати прямі удари блискавки, а також індуковані перенапруги.

Рис. 14.17. Схеми захисту від атмосферних перенапруг:

а - тупикової підстанції від діючих повітряних ліній напругою 35...110 кВ; б-б - підстанцій напругою 35...110 кВ, що живиться від діючих повітряних ліній за допомогою заходів довжиною до 150 м і більш

При виконанні повітряних ліній на дерев'яних опорах, імпульсна міцність яких висока, по них можуть поширюватися й проникати у внутрішні проводки будинків хвилі з амплітудою 1,5...2 млн У и вище. Зареєстровані випадки поразки під час розряду блискавки людей, що перебували на відстані 2,5...3 м від внутрішньої електропроводки в житлових і виробничих будинках.

На лініях із залізобетонними опорами гаки, штирі фазних проводів і арматури з'єднують із заземленням, опір якого не повинне перевищувати 50 Ом. Заземленням звичайно служить частина опори, що входить у землю.

Напруга перекриття імпульсом низьковольтних ізоляторів виміряється десятками кіловольтів. Амплітудна перенапруга, яка залишається в лінії, може знижуватися до відносно безпечного значення, якщо під час грози перебувати від електропроводки на відстані 0,25...0,3 м.

Рис. 14.18. Карта середньорічної тривалості гроз для частини території колишнього СРСР із ПУЭ

У повітряних лініях на дерев'яних опорах необхідно також робити заземлення в частині опор і приєднувати до них гаки й штирі ізоляторів. Заземлюючі обладнання повинні мати опір не більш 30 Ом, а відстань між ними - не більш 200 м для районів до 40 грозових годин у рік і 100 м для районів більш 40 грозових годин у рік. Крім того, заземлення повинні бути виконані на опорах з відгалуженням у приміщення, у яких може бути зосереджена велика кількість людей (школи, ясла, лікарні й т.п.) або які представляють більшу господарську цінність (тваринницькі приміщення, склади, майстерні та ін.). Заземлення повинні бути виконані на кінцевих опорах ліній, що мають відгалуження до введень, при цьому найбільша відстань від сусіднього захисного заземлення цих ліній повинне бути не більш 100 м для районів від 10 до 40 грозових годин у рік і 50 м для районів більш 40 грозових годин у рік.

До заземлень повинні бути приєднані гаки й штирі дерев'яних опор, а на залізобетонних опорах, крім того, арматури опор. У якості заземлень можна по можливості використовувати заземлюючі обладнання повторних заземлень нульового проводу.

На введеннях до перерахованих раніше відповідальних споживачів і кінцевих опор ліній рекомендується додатково встановлювати вентильні розрядники низької напруги.

Слід зазначити, що захисні заземлення необхідно споруджувати одночасно з монтажем повітряних ліній напругою 0,38 кВ. Змонтована, але ще не включена під робочу напругу лінія вже становить небезпеку від впливу атмосферних перенапруг.

Для практичних розрахунків заземлень необхідно знати число грозових годин у році в даній місцевості, що можна визначити по рис 14.18.

Лекція 15